【正文】 [24]趙晶。 [22]能昌會。 [20]陳樹廣，武俊勝。 [18]黃焱，李定柏。 [16]潘亮，鐘建強(qiáng)，李海斌。 [14]葉寧，陳偉華等。 [12]杜佳，賀少華，陳硯圃。 [10]張欣，李愛軍，單鵬。 [7]楊瑞霞。 [5]程妮，胡漢梅。 [3]李建斌，張順?；?RFID 的預(yù)付費(fèi)電能表的研制。當(dāng) ADE7758電壓通道峰值輸入在峰值 以下時，這種情況下認(rèn)為系統(tǒng)斷相，此時對應(yīng)于 時 SAGLVL 對應(yīng)的檢測閾值計算如下，其中 INTO 為取整運(yùn)算。系統(tǒng)上電后初值默認(rèn)設(shè)置為 0。舉例分析如下。通過對該寄存器的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)斷相、過流、過壓等中斷事件輸出使能。 P2amp。0x0c 0 amp。0x18 0x18 瞬時有功、無功功率顯示 K K3 按下 P2amp。 P2amp。0xl0 0 amp。 在按鍵中斷處理中，對按鍵狀態(tài)的檢測主要依據(jù)表 63 中的條件進(jìn)行。通過 P2 端口的狀卷判斷鍵盤的狀態(tài)。用 C 語言編寫的源程序，定時沒有匯編語言精確；在關(guān)閉 INTO 中斷后，延時 1 秒左右；這段時間一方面用來進(jìn)行按鍵消抖處理，一方面為組合鍵輸入預(yù)留一定的時間。本方案采用中斷掃描，以提高單片機(jī)的執(zhí)行效率。 其中 X 元 ， Y 元 ， Z 元 。 參考圖 42 計量電路原理，在小變比計量下，電流、電壓信號衰減倍率分別為 250 和 100 500。 圖 64 模擬信號仿真圖 Rfl、 Rf Rf Rf4 組成分壓網(wǎng)絡(luò)； Rf Cfl， Rf Cf2， Rf Cf3 組成抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)。 以功率分段計量為例，軟件流程設(shè)計如圖 63 所示。該函數(shù)實(shí)現(xiàn)對 flag3 和 flag4 兩個位變量的數(shù)據(jù)刷新，為功率分段計量提供參考，其流程圖設(shè)計參考圖 62。主程序每循環(huán)一次，就進(jìn)行一次瞬時有功功率的檢測，并與切換功率肋比較。本方案采用脈沖計數(shù)方式實(shí)現(xiàn)有功、無功電量累加，其中有功電量脈沖常數(shù) 200impulses/kWh，無功電量常數(shù)200impulses/kVARh。 ADE7758內(nèi)部有一個數(shù)頻轉(zhuǎn)換 DFC，只有當(dāng) ADE7758 內(nèi)部能量累加到一定程度時，這部分能量以脈沖的方式輸出。 flag4 用來存儲上次循環(huán)中 flag3 的賦值。主程序每循環(huán)一次，就進(jìn)行一次瞬時有功功率的計算，并與切換功率朋比較。定義兩個位變量 flag1 和 flag2，當(dāng)時問在 00:00― 12:00 內(nèi)時 flag1 l，否則 flag1 0。 定時存儲問題。為了保證電量參數(shù)存儲的可靠性，在軟件設(shè)計上要有充分的冗余和糾錯。采取模塊化的程序設(shè)計方法，進(jìn)行系統(tǒng)總體流程設(shè)計以及電量參數(shù)的算法流程設(shè)計，分析了功率分段計量的軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行按鍵中斷處理以及時鐘初值輸入調(diào)整設(shè)計， 闡述了基于ADE7758 的斷相、過流、過壓檢測原理。對 12 位增益寄存器 AIGAIN 地址 0x27 賦值“ 011 111111100”，需發(fā)送兩個 字節(jié)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，格式為：“ 0111 1111 1100”，其中“”為任意代碼組合。 ADE7758通過 內(nèi)置的 SPI 接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。四個功能函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)長整型數(shù)據(jù)的讀、寫操作以及字符型數(shù)據(jù)的讀寫操作，定義如下。則調(diào)用函數(shù) display_1 進(jìn)行分時段電量參數(shù)的顯示，調(diào)用形式為 display_1 2,E1， E2 。用萬用表檢測 HCl602 與單片機(jī)的連接線焊接有無短路、斷路。單片機(jī)在接收數(shù)據(jù)時，收、發(fā)端子通過平衡雙絞線將 AA、 BB 對應(yīng)連接。測試結(jié)果如表 41 所示。 RS485 通信模塊測試 R8485 通信接口采用 485 芯片，與單片機(jī)的接口定義為： RO ； DE ；DI 。 電源模塊電壓輸出測試。當(dāng)仿真對象有短路故障刊，開發(fā)板上紅色的 LED 燈會不停的閃爍。短路會造成芯片的燒壞，導(dǎo)致 PCB 系統(tǒng)不可用。這種焊接方式不容易損壞芯片，焊接成功率高，且沒有毛刺。 ADE7758 為貼片式封裝，引腳排列較密。載入封裝后的 PCB 電路板參考附錄 B2 所示。進(jìn)行電路板設(shè)計時，在芯片的電源引腳和接地引腳之間接入一個 的去耦電容。不同網(wǎng)絡(luò)之間的安全間距設(shè)置為 12mil；采用自動布線方式，覆銅放在最后進(jìn)行。功能函數(shù)主要圍繞長整型以及字符型數(shù)據(jù)的顯示與存儲展開，最后對功能函數(shù)仿真調(diào)試中遇到的問題進(jìn)行分析說明。 圖 47 主電源模塊設(shè)計 5 系統(tǒng)硬件調(diào)試與功能函數(shù)定義 應(yīng)用 ME300B 對模塊電路進(jìn)行在線仿真調(diào)試。 7805 的 +5V 輸出通過 JP5 跳線與系統(tǒng)的 +5V 網(wǎng)絡(luò)連接。 CONl 為 PCB 設(shè)計時對應(yīng)的插接端子，作為 ADE7758 電流、電壓信號的輸入連接部分，其第一個引腳記為 CONl1。 A、 B、 C 三個端子同時與單片機(jī)的 口連接。 C1 C14 用于提高電路的 EMI 性能。 DE 端子與單片機(jī)的 口連接。即使一組數(shù)據(jù)在存儲時被損壞，另一組數(shù)據(jù)則不受影響。 表 42 AT24C02 存儲器單元地址配置 變量名稱 變量類型 存儲單元地址分配 物理意義 E0 Long int 0x00x07 總的有功電量 R0 Long int 0x080x0f 總的無功電量 E1 Long int 0x100x17 00:0012:00 時段內(nèi)有功電量 E2 Long int 0x180x1f 12:0000:00 時段內(nèi)有功電量 E3 Long int 0x200x27 低負(fù)荷時的有功電量 E4 Long int 0x280x2f 正常負(fù)荷時的有功電量 H1 Char 0x300x36 電能表斷相次數(shù)及時間記錄 H2 Char 0x400x46 單相過流次數(shù)及時間記錄 H3 Char 0x500x56 單相過壓次數(shù)及時間記錄 為了保證電量參數(shù)存儲的可靠性．在軟件設(shè)計上要有充分的冗余和糾錯。異常事件采用中斷方式進(jìn)行存儲。 AT24C02 結(jié)構(gòu)圖如圖 45 所示 圖 45AT24C02 結(jié)構(gòu)圖 存儲主要包括電量參數(shù)的存儲和異常事件的記錄存儲。在完 成 LCD 初始化設(shè)置后，把該字荷對應(yīng)的 ASCH 碼“ Ox31”通過 P0 口寫入 LCD 的內(nèi)部寄存器 DDRAM中。正常情況下 JP2 斷開以減小電能表能耗；在電量查詢時閉合 JP2，接通背光燈電源。 圖中 c4， c5 為單片機(jī)和液晶模塊 HCl602 的去耦電容。當(dāng) ADE7758 檢測到中斷發(fā)生時， IRQ 向低電平跳變，發(fā)出 INTl 中斷申請；單片機(jī)通過讀取 ADE7758 狀態(tài)復(fù)位寄存器內(nèi)容，判斷中斷事件的類型。在進(jìn)行 PCB 電路設(shè)計時，在每一芯片的電源輸入端子外接 心的去耦電容，以提高電路的抗干擾性能。 路設(shè)計 接口電路用來實(shí)現(xiàn) ADE7758 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，一方面可以通過 SPI 口進(jìn)行計量芯片 ADE7758 的初始化，另一方面 ADE7758 把數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以脈沖形式或 SPI 口送出，供單片機(jī)進(jìn)行計量處理。 電流傳感器在工作時二次端不允許斷路，在設(shè)計時采用 Rbl、 Rb2， Rb Rb4作為 二次端高低變比計量回路的分流電阻，阻值大小為 Q。 IAP 為差動信號的正極性輸入端子， IAN 為負(fù)極性輸入端子：各端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)由 lkQ 的電阻和 10nF 的電容組成。 ADE7758 有兩路脈沖輸出，對應(yīng)端子為APCF 和 VARCF。電流回路由電流傳感器進(jìn)行信號取樣，電壓回路由電壓互感器進(jìn)行信號取樣。文獻(xiàn) [31]提出不對稱的三相四線系統(tǒng)的濾波設(shè)計方案。 19,20 CLKIN, CLKOUT 10MHz 輸入、輸出引腳。 ICP,ICN 12 REF in/out AD 采樣參考電壓，對地接 10μ F 和 F 并聯(lián)電容去耦。 ； IAP,IAN 。在 10MHz 晶振驅(qū)動下，最大采樣速率 25ksps。 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計及介紹 本章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、功能模塊劃分和元器件選型。 實(shí)現(xiàn)總的有功、無功等電能計量與顯示 z 通過按鏈查詢顯示分時段電量、功率分段電量和瞬時有功、無功功率。在參數(shù)顯示的同時進(jìn)行代碼的顯示。單片機(jī)的 RXD、 TXD 串口預(yù)留作為 RS． 485 通信接口，文獻(xiàn) [30]具體闡述了 總線通信過程的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)?？紤]到存儲芯片擦寫次數(shù)的有限性，電量參數(shù)的計量累加在單片機(jī)內(nèi)部完成。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 應(yīng)用 軟件進(jìn)行系統(tǒng)原理圖設(shè)計和 PCB 電路板設(shè)計，參考附錄 A和附錄 B 所示。 顯示模塊的對比與選擇 有電量的測量，就相應(yīng)的也應(yīng)該要有顯示模塊來顯示，可直觀的說明情況，顯示模塊有 PCF8563T，具有極低功耗，高數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。系統(tǒng)掉電時能自動切換到備用電源，保證時鐘正常工作。 由上比較在計量模塊上我選擇了 ADE7758 作為測量電量的模塊。該電能表目前主要用于發(fā)電廠、變電站和各大用戶，并不斷擴(kuò)大到普通三相表用戶中。 目前，我國感應(yīng)式電能表仍占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌?。以ADE7758 計量芯片為例說明。當(dāng)前，各大型器件公司紛紛推出自己的計量芯片，并不斷的進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著電力市場改造力度加大，對電能表的技術(shù)更新速度也提出了更高的要求。目前的通信方式在一個或幾個方面或多或少存在一些問題，無法全面滿足用戶的要求。 預(yù)付費(fèi)表技術(shù)趨于完善。 1 電能表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 早在本世紀(jì)初，電子式電能表就已經(jīng)取代感應(yīng)式表，成為工商業(yè)用表的主流。電能計量芯片ADE775 ATT7022B 等在電能表設(shè)計中的應(yīng)用，提高了電能計量精度，簡化了電能表設(shè)計結(jié)構(gòu)。 3 研究開 發(fā)了電子式硬件電路總體設(shè)計方案 ,設(shè)計出實(shí)現(xiàn)電能表功能所需要的電能計量部分和控制部分。瞬時功率信號通過低通濾波器 LPFZ后分離出平均功率，平均功率在能量寄存器中不斷累加。針對 10― 35kV 輸配電網(wǎng)正常負(fù)荷和超低負(fù)荷兩種情況下的精確計量，提出按功率額度實(shí)時分段計量的電能表設(shè)計方案；為了調(diào)整電力負(fù)荷曲線，針對用電量的時間不均衡問題，提出復(fù)費(fèi)率分時段計量方案。 ADE7758 電流采樣通過電流互感器實(shí)現(xiàn)，電壓采樣通過分壓電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。累加的能量經(jīng)數(shù)頻轉(zhuǎn)換DFC 后轉(zhuǎn)換為脈沖輸出。本方案主要使用各種相關(guān)芯片來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)各部分的功能 ,具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。隨著電能計量芯片的推陳出新 ，復(fù)費(fèi)率電能表、防竊電電能表、配置 RS485 通信及紅外通信接口的電能表以及三相多功能電能表發(fā)展迅速。隨著電力系統(tǒng)在不斷擴(kuò)展三相多功能表的應(yīng)用領(lǐng)域，三相多功能表的需求呈明顯上升趨勢。一方面由于供電部門加大對欠費(fèi)用戶的管理力度，使市場需求升溫，另一方面由于技術(shù)改進(jìn)，特別是使用了 CPU 卡和非接觸式卡等最新技術(shù)，使預(yù)付費(fèi)表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趨于完善。而電能表配備 RS 一 485 接口具有成熟和性價比的優(yōu)勢，適合未來采用更新、更好的通信技術(shù)，因此成為用戶目前較為理想的選擇而逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置。電能表的硬件和軟件可以采用模塊化設(shè)計，將技術(shù)相對成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫， 如計量模塊、電源模塊、 RS． 485 模塊、 RTC模塊、顯示模塊、繼電器控制模塊、 IC 卡模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等。比較典型的有美國 ADI公司推出 ADE7758 計